Схема с одним или несколькими увх

Один из вариантов схемы АЦП с коммутацией показан на рис. 7.10. Это устройство работает следующим образом. Формирователь импульсов коммутации формирует импульсы, которые управляют ключом и мультиплексором. Как правило, для преобразования каждого сигнала выделяется одинаковое время. Если преобразуются два сигнала, то устройство получается двухканальным. В этом случае, например, выходной сигнал формирователя замыкает первый канал в ключе и мультиплексоре при низком уровне своего выходного сигнала и замыкает второй канал в ключе и мультиплексоре при высоком уровне этого выходного сигнала. Например, в исходном состоянии выходной сигнал формирователя низкий. Первый сигнал (/) поступает через ключ на УВХ, далее — на АЦП и затем преобразуется в цифровой код. Этот цифровой код через мультиплексор поступает в первый регистр. По окончании времени, отпущенного на преобразование, выходной сигнал формирователя становится сигналом высокого уровня, ключ и мультиплексор замыкают свои вторые каналы. Поэтому на АЦП через ключ и УВХ поступает второй сигнал К₂(/), а результат преобразования поступает на второй регистр через мультиплексор. Для успешной работы УВХ необходимы также импульсы, управляющие его режимами, которые также может формировать формирователь импульсов.

Эта схема интуитивно понятна и видится лаконичной, поэтому она широко распространена. Действительно, многие разработчики считают, что УВХ необходима именно для успешной работы АЦП, т. е. для того, чтобы входной сигнал АЦП не изменялся за время его преобразования. Это ошибочное представление уходит корнями к технике аналого-цифровых преобразователей поразрядного уравновешивания, которые работают по алгоритму, подобному алгоритму взвешивания с помощью гирь. И хотя успешная работа АЦП поразрядного уравновешивания действительно требует, чтобы входной сигнал не изменялся, ошибочно решать эту задачу с помощью УВХ на выходе ключа. Действительно, в этом случае одно и то же УВХ используется для хранения значений каждого из преобразуемых сигналов. Эти значения могут существенно отличаться друг от друга, поэтому УВХ каждый раз.

Рис. 7.10. Упрощенная схема двухканального АЦІІ с коммутацией с единственным УВХ.

при подключении входит в режим перезаряда запоминающего конденсатора в большом (и непредсказуемом) интервале напряжений. Скорость этого процесса обратно пропорциональна оставшейся разнице между входным и выходным напряжением УВХ, т. е. заряд происходит по экспоненциальному закону. Если, например, за время т₀ конденсатор зарядится до половины требуемого значения, то за последующий такой же интервал то он зарядится лишь на половину оставшейся половины, т. е. на четверть. Иными словами, после / = т₀ остаток (ошибка) будет равен половине значения, после ! = 2т₀ остаток будет равен четверти, и т. д. Для 20-разрядного АЦП для завершения переходного процесса с погрешностью не более единицы младшего разряда длительность заряда УВХ должна составлять / = 20т₀. Таким образом, в схеме на рис. 7.10 небольшая экономия (одно УВХ вместо двух) приводит к необходимости большой потери времени, либо, если время заряда УВХ выбрано недостаточным, это приведет к большому росту погрешности.

Также схема может иметь два УВХ между источниками сигнала и ключом, как показано на рис. 7.11.

В этой схеме каждое УВХ сохраняет только соответствующие отсчеты одного и того же сигнала. Предположительно, выбор частоты дискретизации осуществлен обоснованно, т. е. за время между последующими тактами преобразования сигнал изменяется несущественно. Поэтому переходный процесс в УВХ соответствует малому значению приращения. Следовательно, он намного раньше достигнет малой величины остаточной ошибки. Поэтому такую схему следует предпочесть схеме на рис. 7.10.

Исходя из требований теоремы Котельникова, между источником сигнала и УВХ необходимо применение фильтра, поэтому правильная схема должна содержать такие фильтры, как показано на схеме рис. 7.12.

Рис. 7. II. Упрощенная схема двухканального АЦП е коммутацией со многими УВХ.

Рис. 7. 12. Схема двух канального АЦП с коммутацией со многими ФНЧ и УВХ Это наиболее верная схема АЦП с коммутацией.